Kategoriarkiv: Kemi

Indlæg om kemi.

Printede organiske solceller fra dansk firma søger crowdfunding på Kickstarter

Morten V. MadsenGæsteindlæg: Morten V. Madsen er medstifter af infinityPV og har ledet HeLi-on Kickstarter initiativet. Morten har en ph.d.-grad i polymer solcelle nedbrydning og stabilitet og har arbejdet indenfor feltet i seks år som forsker hos Danmarks Tekniske Universitet.

Morten har arbejdet med at udbrede viden om polymer solceller og har produceret Coursera kurset “Organic Solar Cells – Theory and Practice” samt en lang række videoer omhandlende relaterede emner. Derudover er Morten medforfatter på 20 videnskabelige artikler og har arbejdet med rapid prototyping, plast produktion og design.

 

Med en ny solcelle-oplader i lommeformat kaldet HeLi-on, har den danske startup-virksomhed infinityPV sat sig for at revolutionere markedet for solcelleopladere. Ved hjælp af et fleksibelt solpanel gør HeLi-on det muligt at oplade ens telefon på farten. Samtidig sikrer et indbygget batteri, at man ikke er afhængig af vejrudsigten.

Blå udenpå, grøn indeni
Solpanelet i HeLi-on er et stykke dansk energi-teknologi. Det består af en ny type solceller kaldet plastsolceller. Materialet, der anvendes til at absorbere solens lys, udgøres i en plastsolcelle af en polymer/plastik til forskel fra f.eks. silicium, i første generations solceller.

Det basale princip bag både plastsolcellen og andre former for solceller er dog det samme, nemlig omdannelsen af energien i elektromagnetisk stråling til elektrisk energi. At plastic kan benyttes som halvledere, er en opdagelse som Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid and Hideki Shirakawa i år 2000 modtog Nobelprisen i kemi for. Denne opdagelse gjorde det muligt at lave solceller af plast og derved blev et nyt forskningsfelt født.

I mange år har plastsolceller været et interessant forskningsfelt, men plastsolceller haltede længe efter traditionelle solceller på både ydelse og stabilitet. Dette er der dog blevet rådet bod på inden for de seneste år og derved kan produkter, der udnytter plastsolcellernes særlige fordele, realiseres. Materialerne i plastsolcellepanelerne kan bøjes og bukkes og rulles sammen, så det fylder meget lidt. Det er den egenskab, der gør HeLi-on unik.

Prisvindende dansk teknologi
infinityPV blev stiftet i 2014 med udgangspunkt i en række patenter vedrørende plastsolcelle-teknologien og har solgt polymer solceller direkte til forbrugere i form af demonstrationsmoduler, solpaneler og solrør.

Tidligere på året blev infinityPV hædret af det britiske Royal Society of Chemistry i en international konkurrence blandt startup-virksomheder med fokus på vedvarende energi. Med en lancering via crowdfunding-siden Kickstarter håber holdet bag HeLi-on på global opmærksomhed og økonomiske opbakning, der kan sende solcelle-opladeren i produktion.

I skrivende stund har HeLi-on samlet 97% af den halve million som var finansieringsmålet.

[Indlægget blev skrevet i sidste uge, men i dag har projektet faktisk passeret den halve million på Kickstarter. Scienceblog ønsker tillykke og held og lykke med den videre udvikling]

Englene i Caribien sørger – 20 år gammel spiritus på en uge

Englene i Caribien synger, de drikker nemlig rom. På grund af varmen og luftfugtigheden fordamper ca. 6 % af rom lagret i tønder årligt. Det kaldes Angel’s share. Ny teknologi kan imidlertid tørlægge englene. På Lost Spirits Distillery har Bryan Davis fundet en metode til at fremme lagringsprocessen betydeligt.

Traditionen med at fadlagre rom går flere hundrede år tilbage. Dengang fragtede man alt i tønder – de var nemme at rulle og stillede man dem op, kunne de stå fast på skibsdækket uden yderligere fortøjning. Da tønderne blev brugt til at fragte alle mulige forskellige varer, brændte man tønderne af indvendigt for at fjerne smag fra tidligere varer, eksempelvis sardiner. Allerede efter 3 måneder til søs, fra Caribien til England, havde man en mere moden, fyldig og knap så besk spiritus. Derfor begyndte man at tilbageholde rommen på fade i Caribien for at presse prisen på produktet op.

Fadlagring – en tofaset proces.
Når spirtus bliver hældt på fade sker der to faser. Den første fase er forholdsvis simpel. Komponenter fra træet bliver ekstraheret og rommen bliver tilført disse nye smagsstoffer. Derefter sker der adskillige kemiske processer mellem disse træekstrakter og destillatets estere.

https://en.wikipedia.org/wiki/Barrel#/media/File:Beam_Rack_House.jpg
Lagring af spiritus

Fadene bliver typisk lavet af egetræ fra amerikanske skove. Træ er som udgangspunkt kemisk stabilt, så det er essentielt at afbrænde indersiden, så træets elementer bliver ustabile og reaktive. Det er brændingen, der gør lignin og hemicellulose ustabil, hvilket medvirker til ekstraktionen af stoffer som carboxylsyrer, træsukker og phenolsyrer.

Trækomponenterne bliver ekstraheret over relativt kort tid, og så går fase to i gang. De forskellige syrer går i forbindelse med alkoholen for at danne estere. Estere er kemiske stoffer, som typisk har kraftig duft og smag. Denne fase tager tid. Nogle af stofferne reagerer hurtigt, mens andre tager adskillige år. Derfor er der stor forskel på spiritus, som er lagret 5 år og spiritus, som er lagret 20 år.

Videnskabeligt gennembrud
Bryan Davis fra Lost Spirits Distillery har gennem flere år analyseret forskellige rom ved hjælp af gaskromatografi og massespektrometri for at finde ud af, hvad der sker, når rom lagrer på egetræsfade. Han har identificeret flere forskellige kemiske reaktioner, som er essentielle for modning af rom.

Den nye viden om rommens modning fik Bryan Davis til at gå i gang med at finde ud af om han kunne opfinde en maskine, som kan gøre rommodningsprocessen hurtigere.  Efter lang tids arbejde kan Bryan Davis nu præsentere Model 1 Aging Reactor.

Copyright: cocktailwonk.com
Model 1 Aging Reactor. Copyright: cocktailwonk.com

Teknologien
Reaktoren virker ved at effektivisere alle de naturlige processer, der foregår ved almindelig fadlagring. Reaktoren benytter sig af tre forskellige faser.

  1. Esterificering af de flygtige syrer, som findes i hvid spiritus.
  2. Ekstraktion af de smagsgivende komponenter fra træet.
  3. Dannelse af lange komplekse estere.

Fase 1:
Esterificering af korte fedtsyrer fremtvinges ved at udsætte destillatet for kraftig lys,fra lysstofrør. Fedtsyrerne bliver produceret under gæringen og fordamper sammen med alkoholen under destillering. Ved afslutningen af denne fase indeholder spiritussen en koncentration af korte, frugtige estere, som er sammenlignelig med moden spiritus. Den er dog langt fra færdig. Spiritussen mangler middel-lange estere, phenoler og aldehyder, som også findes i moden spiritus.

Disse kasser huser alle lysstofrørene. Copyright: cocktailwonk.com
Disse kasser huser alle lysstofrørene. Copyright: cocktailwonk.com

Fase 2:
Under fase 2 tilsættes træspåner, og lyset fra de kraftige lysstofrør nedbryder polymerer i træet. Ved slutningen af denne fase indeholder spiritussen mange af de aldehyder, som 20 år gammel spiritus indeholder. Spiritussen indeholder dog også en del middel-lange syrer, som mildest talt ikke smager særligt godt.

Disse glasrør muliggør lysbehandlingen. Copyright: cocktailwonk.com
Disse glasrør muliggør lysbehandlingen. Copyright: cocktailwonk.com

Fase 3:
I den tredie og sidste fase dannes flere estere ud af de middel-lange syrer, phenolsyrer og phenoler.  Disse estere binder til eksisterende estere og danner lange estere, som findes i spiritus, som har lagret i årtier.

Når spiritussen forlader tredie fase efter omtrent 6 dage, har den næste samme kemiske signatur, som konventionelt lagret spiritus. Den har altså samme molekylære struktur som spiritus, som har lagret i egetræsfade i årtier.

Herunder ses en måling af forskellige flygtige komponenter i henholdsvis kommercielt lagret rom og rom, som har fået en tur i maskinen.

Maskinelagret rom sammenlignes med en traditionelt lagret rom.
Maskinelagret rom sammenlignes med en traditionelt lagret rom. Copyright: Lost Spirits Distillery

De forskellige komponenter, som er fremhævet på figuren er:

  • Metansyreisoamylester (Bananolie)
    Aroma:  Sød banan, frugtig
    Menneskelig detektionstærskel: 2 ppb
  • Oktansyreethylester
    Aroma:  Voks, sødme, ananas, frugtig,
    Menneskelig detektionstærskel:  15 ppb
  • Butansyreethylester
    Aroma:  Ananas, Cognac
    Menneskelig detektionstærskel:  1 ppb
  • 3-methylbutyraldehyd
    Aroma:  Chocolade, fersken, fedmefuld
    Menneskelig detektionstærskel:  1 ppb
  • Propansyreethylester
    Aroma:  Sød frugtig rom, grape, ananas
    Menneskelig detektionstærskel:  10 ppb
  • Hexansyreethylester
    Aroma: Sød frugtig ananas, vokset grøn banan
    Menneskelig detektionstærskel:  1 ppb

Tekniske udfordringer
Reaktoren er i stand til at efterligne den kemiske signatur, som rom får efter fadlagring i 15-20 år. Den er desværre begrænset til denne alder. Får spiritussen længere tid i maskinen bliver forholdet mellem de forskellige komponenter skævt i forhold til naturligt modnet spiritus. Derfor er Bryan Davis allerede begyndt at eksperimentere med en fjerde fase, hvor spiritussen får lov til at fordampe gennem nogle membraner.  På den måde skulle han være i stand til at regulere forholdene mellem de forskellige smagsgivere, således at han kan lave spiritus med en endnu ældre smagsprofil.

Copyright: cocktailwonk.com
Copyright: cocktailwonk.com

Denne proces har dog ikke den fordel, at spiritussen ikke fordamper overhovedet. Men andelen af fordampet spiritus er stadig en del lavere en ved naturlig lagring. Måske dette er det kompromis, som Bryan Davis og englene må lave.

Planetary Boundaries –  Klimaforandringer er ikke planetens største problem

Klimaforandringerne har efterhånden vundet indpas i de fleste menneskers forståelse, men klimaforandringerne er kun én af de effekter, der er forbundet med vores tilstedeværelse og vores omsætning af de ressourcer vi har til rådighed. Mennesket er nu blevet en naturkraft i sig selv, og vores tidsalder kaldes af mange for Anthropocen, menneskets tidsalder.

Vores indflydelse på Jorden handler altså ikke kun om overforbrug af fossile brændstoffer, men at det påvirker mange globale processer og kan i mange tilfælde måles direkte. Hvis vi stresser dette system og ændrer for meget på processerne, risikerer vi at nå et punkt hvor planeten tippes ud af ligevægt, et såkaldt tipping point, og forandringerne bliver varige.

En ny artikel i Science peger på ni processer der er vitale for at opretholde en stabil planet, og undersøger hvor meget vi kan ændre på det globale system inden vi når et tipping point. Konceptet kaldes ’Planetary boundaries’, Planetens grænser, og viser hvordan vi på flere andre områder presser de globale systemer der er grundlag for liv, eller i hvert fald vores civilisation, på Jorden. Planetary boundary ideen er relativ simpel, og bygger på ideen om at jorden er et lukket, men meget komplekst system, og at alle processer i dette system påvirker hinanden.

Pointen er at det ikke kun er klimaet der har et problem. De ni forskellige processer som er undersøgt i denne artikel, er beviseligt er blevet ændret af menneskelig indflydelse: klimaet, ozonlaget, havets forsuring, kemiske cyklusser, ferskvand, landskabet, biosfæren, aerosoler i atmosfæren, samt en kategori der kaldes nye enheder. Den sidste kategori dækker over nye menneskeskabte substanser som fx CFC-gasser og mikropartikler, der er uhyre praktiske for os, men som ikke før har eksisteret på jorden, og som vi ikke rigtigt hvad der sker med når de bliver sluppet fri. Forskerne bag denne artikel mener, at vi bliver nødt til at se på hele systemet i stedet for kun delelementerne som ozonlaget eller klimaforandringer.

F3.large
http://www.sciencemag.org/content/early/2015/01/14/science.1259855/F3.large.jpg

 

Ideen med denne artikel er at den skal hjælpe os til at bestemme ”the safe operating space”, en sikker operationszone, altså hvor meget vi kan presse og påvirke disse processer, før det går ud over planetens evne til at genvinde balancen. Der bliver opstillet tre niveauer til at bestemme hvorvidt vi er ved at overskride denne sikre zone, og hvis vi bevæger os ud over den sikre zone, vides det ikke hvad konsekvenserne er. Desuden, er nogle af processerne ikke engang mulige at måle endnu. Zonerne er ment som en advarsel så vi kan nå at reagere i tide til at rette op på problemet, som vi faktisk nåede det i 80’erne ved at forbyde CFC gasser, før de gjorde uoprettelig skade på ozonlaget.

Det kommer nok ikke bag på nogen at vi overskrider grænsen for den sikre operationszone, for CO2 i atmosfæren, som er lagt fast på 350 ppm (vi er pt omkring 400 ppm). Det som mange nok vil finde overraskende er, at vi er i endnu større problemer med de massive ændringer vi forsager i de kemiske processer i naturen (fx fosfor og kvælstof der bliver ledt væk fra landjorden og ud i havet af landbruget), og den vilde tilbagegang i biodiversitet, også kaldet den 6. masseuddøen (den 5. var den meteor der gjorde kål på dinosaurerne).

Både det nuværende tab af biodiversitet og udledningen af næringsstoffer ligger begge i den røde højrisiko-zone, dér hvor der beviseligt sker ændringer af systemet. Men også de ændringer vi forsager i landskabet, dvs. urbanisering, skovfældning og landbrug, er rykket ind i den forhøjede risiko-zone, hvor vi forringer vores miljø og økosystemer og dermed risikerer permanent nedsættelse af vores livskvalitet og vores civilisations grundlag.

Det er altså ikke nok kun at koncentrere sig om klimakrisen. Vi skal i gang med at navigere og rette ind på langt flere punkter, hvis vi ikke skal nå dertil hvor vi ikke kan redde den hjem. Forskerne mener dog stadig er der er tid til at reagere og vende udviklingen som historien har vist er mulig.

Kan en videnskabsminister tro på magi?

Hvordan ville du reagere, hvis den danske finansminister foreslog at løse alle landets finansielle problemer ved hjælp af alkymi? Den moderne videnskab griner måske af denne gamle tradition, men at lave almindelige metaller om til guld er da værd at forsøge. Tænk hvis det virker.

Eller måske skulle vores sundhedsminister finansiere en ekspedition for at lede efter Ungdommens Kilde – det ville jo have enorme konsekvenser for vores forventede levealder!

Den simple grund til, at vi selvfølgelig ikke gør dette, er, at det er overtro og magisk tænkning. Det ved vi jo alle sammen. I et oplyst demokrati som det danske vil ingen minister seriøst overveje magi som en løsning på virkelige problemer.

Og så alligevel. Den engelske premierminister David Cameron har netop udnævnt en ny minister, Greg Clark, der får ansvar for bl.a. forskning og de engelske universiteter (hans fulde titel er Minister of State for Universities, Science and Cities). Det har skabt noget røre i videnskabelige og skeptiske kredse, da Clark tilbage i 2007 støttede en erklæring “NHS Homeopathic Hospitals” til fordel for offentlig støtte til homøopatiske hospitaler. I erklæringen slås det bl.a. fast, at underskriverne “welcomes the positive contribution made to the health of the nation by the NHS homeopathic hospitals; notes that some six million people use complementary treatments each year”.

Der er meget galt med denne erklæring. Homøpati er ren hokus-pokus, der ikke hører til i et offentligt støttet system. Ikke alene virker det ikke – det kan ikke virke. Selve ideen bag homøopatisk “behandling” strider imod alt hvad vi ved om fysik, kemi og biologi. Dernæst er det sagen underordnet, hvor mange brugere der måtte være af denne service. Om en behandling er virkningsfuld eller ej afgøres ikke ved en demokratisk afstemning, men ved at lave en videnskabelig undersøgelse af behandlingen. Det har man gjort, og konklusionen er klar: Homøopati virker ikke.

Greg Clark og de andre underskrivere tabte dog slaget. Men støttede han op om denne erklæring, fordi han tror på homøopatisk “behandling”, eller fordi der i hans vælgerkreds lå et homøopatisk hospital? Tunbridge Wells Homeopathic Hospital lukkede i 2009, efter at den offentlige støtte blev fjernet. Indtil da var der årligt blevet brugt omkring £160,000 på homøopatiske “behandlinger” på hospitalet. Penge der nu heldigvis kan bruges på virkningsfulde behandlinger i stedet.

Det store spørgsmål er dog stadig, om Englands nye videnskabsminister tror på magi? Det er i mine øjne ret væsentligt at få afklaret.


Hvad er homøopati?

Homøopati blev opfundet af Samuel Hahnemann i 1796 i en tid, hvor vores forståelse af sygdomme, fysiologi og videnskab generelt var temmelig mangelfuld. Den grundlæggende idé er ren magisk tænkning: Man kan kurere en sygdom ved at bruge en substans, der hos raske personer giver de samme symptomer som sygdommen. Et eksempel: Koffein giver søvnbesvær, så et homøpatisk middel lavet på koffein skulle kunne kurere søvnløshed. Den homøopatiske “medicin” laves ved at opløse substansen (f.eks. koffein) i alkohol eller destilleret vand i forholdet 1:100. Herefter rystes blandingen – oprindeligt ved at give den 10 hårde slag. Denne opløsning ville få betegnelsen “1C” af Hahnemann. Herefter fortyndes blandingen yderligere ved at tage en lille smule af den oprindelige opløsning og fortynde i forholdet 1:100 endnu engang, hvorefter den rystes 10 gange. Dette er en “2C”-opløsning. Bemærk at der nu er 1 del “aktiv substans” i 10,000 dele opløsning. En “3C”-blanding har et forhold på 1:1,000,000 og så fremdeles. I homøopati anses de mest fortyndede blandinger for at være de mest virkningsfulde, hvilket strider imod alt hvad vi ved om medicin, fysiologi og dosis-respons. Hahnemann anbefalede “30C”-opløsninger, hvilket vil sige 1:10^60 – med andre ord rent vand uden et eneste atom af det oprindelige materiale. Homøopati virker ikke, fordi det ikke kan virke.

Star Wars, Harry Potter, Simpsons og nu kvindelige forskere

Der var en gang, en LEGO-mand var en LEGO-mand. Ikke de store variationer i udseende og ansigtsudtryk.

Siden har LEGO introduceret en række temabyggesæt som f.eks. Star Wars, Teenage Mutant Ninja Turtles, Lord of the Rings, Harry Potter og The Simpsons.

Og ikke nok med det, via LEGO Ideas kan alle og enhver foreslå idéer til rigtige byggesæt. Alle idéer med mindst 10.000 supporters vil blive vurderet af en panel nedsat af LEGO.

LEGO har netop offentliggjort hvilken idé, der er udvalgt til at blive det næste officielle byggesæt: Det skal hedde Research Institute, og det består af tre kvindelige forskere – en palæontolog, en astronom og en kemiker – and all their awesome equipment!

Fantastisk at LEGO nu forsøger at bryde det stereotype kønsrollemønster, som de ellers forstærkede med deres lyserøde pige-univers fra 2012.

Modellerne udkommer i august 2014 – i god tid før julehandlen!

Se LEGOs annoncering her:

Tak til NBC for historien.

Sådan! laver du ikke videnskab

Internetaviserne har efterhånden lært, at hvis man skal have mange hits på en historie, skal overskriften være god. Lister er meget populære (“10 grunde til at…“), og skal det være virkelig godt, skal der stå “Sådan gør du dit og dat“.

BT er gået hele vejen og har lavet en hel serie med videoklip, der hedder “Sådan!

I dette klip viser de angivelige, hvordan man undgår, at en rystet coladåse bruser over. BT laver dog en klassisk børnehavefejl i deres systematiske demonstrationsforsøg, idet de overhovedet ikke har styr på alle variable.

Først vises et forsøg, hvor man banker på sodavandsdåsen på én måde, og desværre bruser sodavanden over. Herefter vises, hvordan man ifølge BT banker korrekt på dåsen, og sørme om sodavanden ikke undlader at bruse over.

Men i første forsøg går der 6 sekunder, fra dåsen er rystet, til den åbnes. I andet forsøg går der 18 sekunder, altså hele 3 gange så lang tid.

Hvad kan vi lære af det forsøg?

At hvis du vil undgå, at en rystet cola bruser over, så skal du vente længe nok…